Celle galvaniche – Teoria + Esercizi su anodo, catodo e forza elettromotrice f.e.m.

Grandi Guys, in questo paragrafo del corso di chimica vediamo insieme che cosa sono le celle galvaniche e come funzionano.

Benvenuta/o alle prime lezioni di questo corso di chimica.

Ti chiedo di avere un po’ di pazienza…si tratta delle prime lezioni realizzate e quindi, in alcuni casi, potresti trovare qualche “difetto” tecnico…ma vedrai che nei prossimi capitoli troverai tutto decisamente migliorato.

Ora iniziamo subito con l’argomento del paragrafo!

Celle galvaniche 

Nel 1780 Luigi Galvani scoprì che due diversi metalli (ad esempio rame e zinco) messi a contatto tra loro ed immersi in una soluzione salina, con ciascuno di essi collegato contemporaneamente ad una diversa regione del nervo scoperto di una zampa di rana, provocavano la contrazione della zampa. Egli chiamò questo fenomeno elettricità animale.

Una cella galvanica (o pila o cella voltaica), in elettrochimica, è una particolare cella elettrochimica che permette di convertire energia chimica in energia elettrica.

N.B. Le celle galvaniche funzionano in modo opposto rispetto alle celle elettrolitiche. Le celle elettrolitiche infatti permettono di convertire energia elettrica in energia chimica come vedremo in un’altra lezione del capitolo.

I processi che avvengono in una cella galvanica sono spontanei, in quanto non hanno bisogno che venga impartita alla cella corrente elettrica dall’esterno per avvenire, per cui la differenza di energia libera di Gibbs associata a tali processi è minore di zero.

Una cella galvanica può essere assimilata ad un generatore di tensione o pila.

 

Pila Daniell

Una delle celle più famose e che spesso troviamo in verifiche e test è la pila Daniell, che vi spiegherò in dettaglio nella videolezione di questo capitolo.

La pila Daniell è un esempio di cella che sfrutta una reazione spontanea di ossido-riduzione che si realizza tra un elettrodo di rame (Cu) e un elettrodo di zinco (Zn).

È composta da una lamina di zinco immersa in una soluzione di solfato di zinco (ZnSO4) 1M nella prima semicella e da una lamina di rame immersa in una soluzione di solfato di rame (CuSO4) 1M nella seconda semicella.

Le due lamine metalliche costituiscono gli elettrodi, mentre le due soluzioni sono mantenute in due recipienti separati, ma il passaggio dei portatori di carica (ioni) è assicurato da un ponte salino, costituito da un tubo di vetro contenente in genere del cloruro di potassio (KCl) in una sostanza gelatinosa (ad esempio, agar agar). Uno strumento di misura della differenza di potenziale (voltmetro) viene collegato ai due morsetti (ciascuno collegato ad un elettrodo).

Nella prima semicella, in corrispondenza dell’interfaccia tra elettrodo di zinco e elettrolita avviene la seguente reazione di ossidazione:

Znsolido → Zn2+soluzione + 2 e (OX)

mentre nella seconda semicella, in corrispondenza dell’interfaccia tra elettrodo di rame e elettrolita avviene la seguente reazione di riduzione:

Cu2+soluzione +2 e → Cusolido (RED)

 

 

image.png

Forza elettromotrice (f.e.m.)

Collegando un voltmetro alle due lamine metalliche di una pila Daniell o di una qualsiasi altra pila, è possibile misurare il valore in volt della differenza di potenziale elettrico tra le due lamine. 

La differenza di potenziale elettrico misura il lavoro necessario per spostare l’unità di carica elettrica tra due punti; in altre parole, la differenza di potenziale misura la capacità della pila di spingere gli elettroni liberati all’anodo lungo il circuito esterno, verso il catodo.

L’unità di misura della differenza di potenziale (ddp), detta anche forza elettromotrice (fem) o voltaggio, è il volt. 

fem

 

La fem della pila così costruita può essere determinata applicando la seguente formula:

fem

Il potenziale elettrico di una cella può essere facilmente determinato utilizzando una tabella dei potenziali di riduzione standard.
Se tutto questo ti sembra arabo non preoccuparti…Nel video ti spiegherò in dettaglio come calcolare il delta E 😉

Per esempio, nella figura sopra menzionata le soluzioni sono CuSO4 e ZnSO4. In ogni soluzione è immersa la corrispondente barretta di metallo, ed un setto poroso (ponte salino) collega le due soluzioni e permette agli ioni SO42− di fluire liberamente tra le soluzioni di rame e zinco. Per calcolare il potenziale elettrico si cercano le semireazioni del rame e dello zinco e si trova che:

Cu2+ + 2e → Cu (E = +0.34 V)
Zn → Zn2+ + 2e (E = −0.76 V)

Pertanto la reazione che ha luogo nella realtà è:

Cu2+ + Zn → Cu + Zn2+

Il potenziale elettrico è dunque +0.34 V −(−0.76 V) = 1.10 V

 

Tutto chiaro?!

Bene, ora che abbiamo visto gli argomenti del paragrafo tocca a te!

Sei pronto per entrare nel mondo delle celle galvaniche  con questo corso di chimica?

Bene, allora togli ogni distrazione, spegni il cellulare e riguarda i video più volte finchè tutto non sarà chiaro.

Qui hai tutto quello che ti serve per iniziare bene il tuo percorso nel mondo della chimica e andare a the next level più velocemente.

Ora non perdere altro tempo e guarda questa lezione fondamentale.

Al tuo successo.

Un abbraccio,

Jessica

 

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Celle galvaniche – video supersonico teoria esercizi svolti
18 minuti

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iscritti: 24 studenti
durata: 18 minuti
video: 1
livello: scuole superiori